El laberinto de Barnes: memoria espacial en tierra firme

Introducción

Imagina una mesa grande y redonda, muy iluminada desde arriba. Alrededor de su borde, a intervalos regulares, hay un anillo de agujeros, cada uno lo bastante grande para que pase una rata o un ratón. Si miras en la mayoría, no hay nada, solo una caída a la oscuridad o un fondo ciego. Pero bajo uno, y solo uno, hay una pequeña caja oscura. Un refugio.

En las paredes de la sala hay formas y pósteres. Se coloca al animal en el centro de la mesa, bajo el resplandor. Quiere salir de la luz. Va hasta el borde, mete el hocico en un agujero, luego en otro, luego en otro. Al final encuentra la caja y desaparece dentro.

Uno o dos días después, va casi directo al agujero correcto.

Un laberinto en tierra firme

Esto es el laberinto de Barnes, una prueba de memoria espacial en tierra firme que acompaña al laberinto acuático en laboratorios de todo el mundo. Se diseñó para plantear el mismo tipo de pregunta sin pedir a un animal que nade. ¿Cómo surgió, por qué se popularizó y cuáles son sus puntos débiles?

Cómo funciona

El laberinto es una plataforma circular con agujeros repartidos por el borde. Un agujero conduce a una caja de escape, a veces llamada caja meta o jaula de escape. Los demás tienen falso fondo o terminan en ciego, así que el animal puede asomarse pero no pasar. Bajo una luz intensa desde arriba, la mesa abierta resulta algo desagradable para un roedor, ya que los roedores suelen preferir espacios oscuros y cerrados. La caja de escape ofrece alivio.

Alrededor de la sala hay claves visuales. Igual que en el laberinto acuático, esas claves son la clave. Todos los agujeros parecen iguales, así que la única forma fiable de recordar cuál lleva al refugio es recordar dónde está respecto a la sala.

Una sesión típica transcurre así. El animal empieza en el centro, a veces bajo una pequeña cubierta que se levanta para iniciar el ensayo. Explora hasta que entra en la caja de escape o hasta que se alcanza un tiempo límite, en cuyo caso se le guía con suavidad hasta la caja. Se queda allí un momento y luego vuelve a su jaula. Se limpia la mesa, y a menudo se gira entre ensayos, para que el animal no pueda limitarse a seguir un rastro de olor hasta el agujero correcto. La caja de escape se mantiene en el mismo lugar respecto a la sala.

En pocos días, un animal sano se vuelve más rápido y comete menos fallos. Un fallo, en este contexto, se llama error. Es meter el hocico en un agujero que no contiene la caja. Tras el entrenamiento, los investigadores suelen hacer una prueba de sondeo, retirando la caja y observando dónde busca el animal. Esa idea está tomada directamente del laberinto acuático.

De dónde surgió el laberinto de Barnes

El laberinto lleva el nombre de su inventora, Carol Barnes. Se formó en psicología en la Universidad de California en Riverside y se doctoró en la Universidad Carleton de Ottawa en 1977. Su investigación se ha centrado durante décadas en cómo cambia el cerebro con la edad, y más tarde fue Regents' Professor en la Universidad de Arizona.

El laberinto apareció por primera vez en un artículo de referencia de 1979 en el Journal of Comparative and Physiological Psychology. Su título era Memory deficits associated with senescence, un estudio neurofisiológico y conductual en la rata. Barnes evaluó a treinta y dos ratas viejas, de veintiocho a treinta y cuatro meses, y a treinta y dos adultas maduras, de diez a dieciséis meses.

Primero se evaluó a las ratas en una plataforma circular, que favorecía el uso de claves espaciales para resolverla. Y las ratas viejas mostraron peor memoria del lugar recompensado.

Eso solo ya habría sido un hallazgo útil. Pero Barnes también registró respuestas eléctricas del hipocampo de las ratas, mediante electrodos implantados en una vía llamada vía perforante y en una región llamada fascia dentada. Aplicó breves ráfagas de estimulación de alta frecuencia, que refuerzan las conexiones entre neuronas. Ese refuerzo se conoce como potenciación a largo plazo, y se considera ampliamente una de las formas en que se almacenan los recuerdos.

Tras una sola sesión, las ratas jóvenes y las viejas respondieron igual. Tras tres sesiones, las jóvenes mantuvieron las conexiones reforzadas al menos catorce días. Las respuestas de las viejas disminuyeron tras la primera sesión. Y aquí viene lo llamativo. La cantidad de refuerzo sináptico se correlacionaba estadísticamente con lo bien que las ratas resolvían la tarea de la plataforma circular, tanto dentro de cada grupo de edad como entre ellos.

Así que el primerísimo estudio del laberinto de Barnes hizo algo más que evaluar la memoria. Relacionó el envejecimiento, un mecanismo celular de la memoria y la conducta, todo en un mismo grupo de animales. Barnes también encontró que los efectos posteriores de la estimulación alteraban de forma selectiva la alternancia espontánea de las ratas viejas en un laberinto en T. Lo que recuerda muy bien cómo se conectan entre sí estas pruebas clásicas.

Por qué se popularizó

Entonces, ¿por qué se ha vuelto tan popular el laberinto de Barnes? Gran parte de la respuesta es el estrés. Nadar cuesta mucho esfuerzo a un roedor, y que lo metan en el agua es estresante, sobre todo para los ratones. Una revisión de 2014 de Cheryl Rosenfeld y Sherry Ferguson describe el laberinto de Barnes como considerado menos estresante que los laberintos acuáticos. La motivación es suave, normalmente solo luz intensa y a veces también un ruido.

Eso lo hace atractivo para animales que no nadan bien, para animales mayores y para los ratones en general. Se usa mucho para buscar problemas de memoria en modelos genéticos de enfermedades como el alzhéimer y para comprobar si un fármaco o una exposición tóxica afecta al aprendizaje.

También produce un conjunto rico de medidas. La más sencilla es la latencia, el tiempo que tarda en llegar a la caja de escape. Si se cuentan los errores, se puede trazar una curva de aprendizaje. Si se añade seguimiento por vídeo, se obtienen las mismas medidas que en el laberinto acuático. Distancia recorrida, velocidad, tiempo en el cuadrante correcto, tiempo en movimiento o en reposo.

Y luego está la estrategia. Los investigadores suelen clasificar cada ensayo en uno de tres tipos. Una búsqueda aleatoria, en la que el animal revisa agujeros sin un patrón evidente. Una búsqueda serial, en la que recorre sistemáticamente el borde, agujero tras agujero. Y una búsqueda directa o espacial, en la que se dirige recto al objetivo o muy cerca de él.

Esa distinción importa. Un animal que usa una búsqueda serial acabará encontrando la caja siempre, aunque no tenga ni idea de dónde está. Su latencia puede mejorar simplemente porque se vuelve más rápido recorriendo el borde. Solo mirando la trayectoria se puede saber si realmente usa la memoria espacial.

El enfoque por estrategias ha revelado algunas diferencias interesantes. En un estudio con degús, un roedor sudamericano, las hembras usaban con más frecuencia una estrategia espacial durante el entrenamiento, mientras que los machos tendían a la búsqueda serial o aleatoria. Y en las hembras, se informó de que la retención espacial dependía de la fase del ciclo estral. Hallazgos como estos son una de las razones por las que se anima a los investigadores a evaluar ambos sexos, y no solo machos.

Los detalles prácticos varían entre especies. Rosenfeld y Ferguson señalan que las claves externas al laberinto funcionan bien con ratas, pero que roedores silvestres más pequeños pueden necesitar claves en el propio laberinto, con una barrera visual a su alrededor.

Sus límites

¿Y cuáles son sus límites? La misma suavidad que hace amable al laberinto de Barnes puede volverlo poco fiable. Si el estímulo aversivo es débil, algunos animales simplemente no se molestan en escapar. Prefieren seguir explorando la mesa, pasar por delante del agujero objetivo, olfatear y volver a él más tarde. Eso puede hacer que un animal curioso parezca olvidadizo. Es una crítica bien conocida al laberinto, y una razón por la que algunos laboratorios añaden un sonido, o terminan el ensayo en cuanto el animal llega al agujero correcto, en lugar de esperar a que se meta.

El olor es otro problema. Los animales dejan rastro en la mesa, y la propia caja de escape tiene olor. Limpiar y girar la mesa ayuda, pero hay que hacerlo con cuidado y de forma constante.

También está la cuestión del tiempo. Rosenfeld y Ferguson señalan que tanto el laberinto de Barnes como los acuáticos pueden llevar mucho tiempo. Normalmente se necesitan de cuatro a siete ensayos para detectar una mejora del aprendizaje y la memoria, o diferencias entre grupos.

Y, como en otras pruebas espaciales, la cepa de fondo del ratón importa. Las cepas difieren mucho en su ansiedad natural y en cómo exploran, así que una diferencia de rendimiento podría deberse al temperamento más que a la memoria.

Por último, como el animal puede explorar con tanta libertad, puntuar a simple vista es difícil. Contar errores implica observar cada vez que mete el hocico en cada agujero. El seguimiento automatizado lo ha hecho mucho más coherente, pero depende de que la cámara vea al animal con claridad contra los agujeros y las sombras.

De vuelta a la mesa

Volvamos a esa mesa redonda y luminosa, con su anillo de agujeros idénticos y un único refugio oscuro. Una rata camina casi directa al correcto, guiada por los pósteres de las paredes. Es la misma pregunta que plantea el laberinto acuático, dónde está la seguridad, pero respondida a pie. Carol Barnes lo diseñó para estudiar la memoria en el envejecimiento, y décadas después sigue ayudando a los investigadores a distinguir entre recordar un lugar y simplemente buscar hasta encontrarlo.

Encontrarás los artículos que hemos mencionado, y una transcripción, en water-maze.com.